第十一章 波動(dòng)光學(xué)

　　本章內(nèi)容是振動(dòng)和波動(dòng)理論在光學(xué)中的應(yīng)用，也是一重點(diǎn)章節(jié)。

　　一、光的干涉、楊氏雙縫干涉(識(shí)記)

　　光具有波粒二象性。當(dāng)光傳播時(shí)，波動(dòng)性起主要作用，表現(xiàn)出干涉、衍射、偏振等特性。當(dāng)光與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)(如物質(zhì)發(fā)光和對(duì)光的吸收)，光的粒子性起主要作用。

　　光的干涉既與機(jī)械波的干涉有相同的規(guī)律，但是還有其特殊的規(guī)律。

　　普通光源發(fā)出的光是由大量原子發(fā)光的總和，因此普通光源是非相干光源。要通過(guò)普通光源獲得相關(guān)光，常用的有以下兩種裝置：

　　1、以楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)(和勞埃德鏡)為代表的方法：就是把同一光源發(fā)出的光在達(dá)到某一波陣面時(shí)將其再分成兩束，使它們經(jīng)歷不同的光程再會(huì)聚，以實(shí)現(xiàn)干涉，稱為分波前法。

　　在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，要掌握兩相干光的光程差的計(jì)算：δ=x.d/D

　　相應(yīng)干涉光的相位差的計(jì)算：Δφ=2πxd/(λD)

　　并由此計(jì)算明條紋或暗條紋距中心的距離。即：

　　x=kDλ/d 及 x=(2k+1)Dλ/2d 所以兩相鄰明條紋和暗條紋間的距離Δx=Dλ/d

　　干涉條紋是一系列等距分布的明暗相間的直條紋。根據(jù)此式子，討論D、d、Δx，及λ變化的關(guān)系。

　　2、以劈尖為代表的薄膜干涉，其次還有牛頓環(huán)、增透膜等。其基本方法是將一束單色光經(jīng)薄膜上下表面反射后分成兩束相干光在薄膜表面附近相遇而發(fā)生干涉。此法實(shí)為把原光束的振幅分成振幅相近的相干光，故稱為分振幅法。

　　光程的概念：如果光在任意介質(zhì)中，都采用真空中的波長(zhǎng)λ來(lái)計(jì)算相應(yīng)的變化，那么就必須把幾何路程r乘以折射率n.這個(gè)nr 就是光程。通過(guò)光程的引入，可以把單色光在不同介質(zhì)中的傳播都折算為該單色光在真空中的傳播。

　　在劈尖形成的光干涉中，由上下表面反射的兩束光的光程差δ為：

　　δ=2nh+λ/2 (λ/2是光線由下表面反射時(shí)引起的半波損失)

　　相干條件：δ=kλ時(shí)，(k為正整數(shù))產(chǎn)生明條紋，δ=(2k+1)λ/2時(shí)，產(chǎn)生暗條紋，因?yàn)檫@些條紋的產(chǎn)生都與薄膜的一定厚度相對(duì)應(yīng)，所以稱這些條件為等厚條紋。在劈尖的棱邊處，任何光都只能產(chǎn)生暗條紋。

　　相鄰明(暗)紋的厚度差為Δh=λ/2n

　　相鄰明(暗)紋的間距為：l=λ/2nθ

　　根據(jù)上述干涉公式計(jì)算微小厚度，如例11.2。(簡(jiǎn)單應(yīng)用)

　　牛頓環(huán)的暗環(huán)半徑公式：r暗=√kRλ (k為正整數(shù))

　　牛頓環(huán)為明暗相間，內(nèi)疏外密的同心圓，但環(huán)心是亮斑還是暗斑則決定于薄膜內(nèi)外的介質(zhì)性質(zhì)。

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